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混凝土裂縫成因分析及預防措施前言 隨著國民經濟的快速發展,大規模的基礎公用設施和大型住宅小區項目遍地開花。隨著科技的發展,商品混凝土攪拌站可以集中大量供料、泵車可以明顯提升施工速度、鋼筋混凝土結構具備自身穩定、耐久性良好等優點,已經成為建設工程中最主要的建筑結構,商品混凝土也成為建設項目中大宗的建筑材料。 伴隨著混凝土的大量應用,由于各種原因,有部分工程項目在投入使用前或者是使用過程中出現裂縫、滲漏等現象,造成大量的返工、修復、工期延誤等損失。另據相關統計,混凝土裂縫、滲漏之類的投訴在住宅交易投訴中占比越來越大。最近幾年,由于執行嚴格的環保管理,再加上混凝土原材料很多屬于不可再生資源,混凝土原材料的獲取變得越來越困難,各種原材料低劣化情況越來越嚴重。 混凝土在澆筑初期開裂和在一定年限內出現開裂、滲水等現象層出不窮,混凝土裂縫已經成為一種工程質量通病。加之民眾對居住環境要求和自我維權的法律意識越來越高,對建筑工程外觀質量和使用功能提出了更高的要求。因此研究和分析混凝土裂縫形成的原因,從源頭上找出預防和降低混凝土開裂的具體措施,對建設工程質量和經濟都是有積極意義的研究課題。 1 混凝土裂縫成因分析及相關預防處理措施 混凝土是一種非勻質的多項復合材料,其抗拉強度遠小于抗壓強度,屬于脆性材料。這種材料本身就不可避免的存在薄弱環節,難免出現材料斷裂和傳力中斷,在微觀上,這種材料斷裂和傳力中斷就屬于微觀裂縫,也叫裂隙,我們人類真正肉眼能看到的裂縫寬度一般都在0.05mm以上。 傳統的裂縫分析一般是對裂縫類型或者是裂縫種類進行判斷和處理,而在此文中,根據作者在混凝土行業從業十多年來總結的經驗,提出按裂縫出現的時間來判斷裂縫成因,以及對裂縫的主要成因來進行針對性的控制、調整,以期到達預防、控制和降低裂縫出現的機率。 1.1 混凝土裂縫在澆筑24小時內出現 混凝土澆筑24小時內出現的裂縫,最主要的形成原因有:塑性收縮、失水干縮、荷載過早等幾方面;比較少見的原因有:支模不穩、計量失誤、用錯材料、用錯配合比等。 塑性收縮主要出現在混凝土初凝階段至終凝階段,此時混凝土從流態向固態轉變,水泥開始水化,產生膠結并放出熱量。如果混凝土水灰比過大、砂率大或者體積穩定性差,很容易在此時段出現塑性收縮開裂。這種開裂可以通過控制原材料質量和調整配合比來實現預防,在原材料質量方面做到選擇適應性良好的混凝土外加劑,控制進廠砂、石甚至膠材之間的合理級配,降低原材料含泥量;在配合比生產調整方面控制好摻合料用量、外加劑用量、砂率、漿骨比的合理使用,盡量減少自由水、調整好保水性和坍落度,可以有效的預防此類開裂。另外,在終凝前發現此類裂縫也可以采用復震、二次抹壓等措施來及時處理。 失水干縮多見于混凝土終凝前后,有時也會伴隨著塑性收縮在初凝階段就出現。此類裂縫僅靠調整配合比不能得到有效預防,主要依靠施工養護工藝。一方面需要調整施工配合比,提高混凝土保水性和控制好坍落度;另一方面需要提前和施工單位做好技術交底,要求施工單位在初凝階段就進行覆膜養護或者補水養護。正常情況下,施工養護到位能有效降低失水干縮開裂的機率。 荷載過早造成的裂縫多見過混凝土終凝前后,此時混凝土中水泥剛開始產生強度,還達不到上人或者上物的程度,有些趕工期的項目就會安排放線、拆邊模、上鋼筋等工作程序,造成板面因為承載力不足而形成裂縫。 此類裂縫需要商品混凝土公司控制好凝結時間,施工單位合理安排工期和工序才能解決。 1.2 混凝土裂縫在澆筑后一周內出現 混凝土澆筑24 小時后至一周內出現的裂縫,最主要的形成原因有:溫差裂縫和應力重分布裂縫等方面。比較少見的原因有:基礎不均勻變形、支模剛度不足、不均勻荷載、瞬間超載等。 溫差裂縫多出現在混凝土澆筑完成后的第三天前后,此時段正是混凝土強度快速增長期,也是水化發熱的高峰期。如果混凝土體積較大或者強度等級較高,此時混凝土內部富集的溫度可達到80℃甚至以上,如果保溫措施不到位或者沒有做保溫養護方案,很容易出現溫差裂縫。溫差裂縫的預防首先可以在配合比調整方面做功夫,在保證后期強度的情況下,盡量提高摻合料的用量,這種調整方法可以降低水化熱總量;另一種調整方法就是延緩混凝土凝結時間,拉長混凝土水化時間,以時間換空間,降低水化熱峰值。此外,配合施工單位制訂合理的保溫和控溫養護措施,也能有效的降低溫差裂縫出現的機率。 應力重分布造成的混凝土裂縫多見于澆筑完成后的一周內,容易出現在梁板交接、板柱交接、柱墻交接、承臺和筏板交接等應力有差異的部位。此類裂縫出現的 原因分析:混凝土早期強度增長速度快,特別是在體積較大、強度較高、熱量容易富集的位置,強度增長速度比周圍薄體結構快,因強度差出現應力重分布,薄體本身脆性就較大,更容易在接近強度高、剛性大的結構附近出現裂縫。設計配筋的問題,設計應該盡量采用細而密的鋼筋布置方案,但有時考慮的施工澆筑等因素,會采取等強度置換較粗的鋼筋,調整鋼筋間距,方便混凝土澆筑。較粗的鋼筋剛性大、變形小,混凝土的本身存在一定的變形模量,在剛性大的部位無法產生變形,變形應力就集中到剛性較弱的部位產生裂縫。應力重分布造成的裂縫,僅依靠調整混凝土配合比不能得到有效控制,需設計和施工單位配合才能解決。 應力重分布的混凝土裂縫還有一種原因,可能是超筋破壞造成的,只是一種估計和推斷,畢竟不是專業的結構設計師。從一個實際案例來解說:清明節前,公司同時澆筑兩塊底板(項目甲、項目乙),混凝土強度等級一致,總方量差異不大,現場施工條件也基本一致,承臺厚度、底板平均厚度相差不大,項目乙承臺比項目甲深0.8m~1.2m。項目甲屬于本地中小型房產開發商項目,開發商現金流量好,不差錢,要求用最好的水泥和最好的河砂;項目乙屬于國內大型開發商項目,有自己的專業優化團隊,講究經濟實惠,要求性價比。混凝土配合比中膠凝材料用量和品牌一致,細骨料項目甲純河砂(細度模數2.8 左右),項目乙摻一半機制砂(細度模數3.0左右),碎石規格和產地一致(項目乙用量比項目甲少20kg),外加劑廠家一致(項目乙摻量比項目甲高兩個點)。現場鋼筋配置方面,外行肉眼都能看出來,項目甲用得鋼筋比項目乙要多且鋼筋直徑粗。澆筑后的養護情況,項目甲初凝階段就開始覆膜養護,項目乙人工澆水養護(因清明節期間下雨,其實只有第一天澆過幾次水)。澆筑完畢后第二天到現場查看,兩個項目都沒有明顯發熱情況,也沒有發現裂縫;第三天兩項目底板有輕微發熱情況(混凝土表面和環境溫差不超過10 度,不至于造成溫差裂縫),項目甲開始出現少量裂縫,裂縫位于承臺附近,項目乙沒有發現裂縫;第四天底板有輕微發熱情況(和環境溫差不超過10 度),項目甲裂縫增多,位置仍然是承臺附近,項目乙沒有發現裂縫;第五天底板發熱情況不明顯,項目甲在地梁附近發現裂縫,項目乙沒有裂縫;第六天底板基本不發熱,項目甲沒有新增裂縫,項目乙在承臺附近出現兩條裂縫;第七天底板基本不發熱,兩個項目都沒有新增加裂縫,現場實體回彈強度均達到80%以上。分析對比兩個項目的配合比和施工養護工藝,項目甲均優于項目乙,按道理項目乙沒有覆膜,雨水直接接觸混凝土表面,更容易成生溫差裂縫,但實際上沒有發生溫差裂縫。和部分砼行一起分析原因,兩個項目最大的差異就是項目乙有專業團隊進行了鋼筋優化,項目甲沒有進行鋼筋優化,可能是項目甲形成了超筋破壞。 1.3 混凝土裂縫在澆筑后幾個月至幾年內出現 混凝土在澆筑后一個月至幾年內出現裂縫,最主要的形成原因有:結構變形和有害化學物質侵蝕等方面。結構變形造成的混凝土裂縫主要因素有基礎不均勻沉降、荷載(動載)過大、材料彈性模數不同步、伸縮縫及后澆帶變形、熱脹冷縮變形等。結構變形造成的混凝土開裂已經不是混凝土質量所能控制的,需要進行專業的加固和修補處理。 有害化學物質侵蝕造成的混凝土開裂主要形式有:酸雨侵蝕造成的混凝土表面風化開裂、氯離子侵蝕鋼筋造成混凝土膨脹開裂、硫酸根等有害化學物質造成的剝離、甚至正常環境下的混凝土碳化等。有害化學物質侵蝕造成的開裂是長期的、緩慢的混凝土老化問題,很難從根本上得到控制,只能找出有害化學物質的來源,切斷或中和化學反應途徑,減輕侵蝕程度從而延長混凝土壽命。 2 結語 混凝土裂縫問題越來越普遍,已經成為工程質量的一種通病。一方面,現在用于混凝土中的材料,從最初的三種變成了五種甚至多種的復合材料。材料的多樣性,加劇了混凝土自身出現裂縫的機率。因此,使用任何一種材料,我們都要小心謹慎,不僅僅要關注材料本身對混凝土強度的影響,更要關注材料對混凝土耐久性的影響。另一方面,現在鋼筋混凝土結構在施工過程中,普遍存在加水澆筑、工序不規范、養護不及時(甚至不養護)、趕工期搶進度等各種危害混凝土結構的不良施工工藝。 混凝土出現裂縫的原因很復雜,就目前而言已經涉及到結構設計、工程施工、建筑材料、化學分析等多種學科,想要從根源上解決,需要進行跨學科、跨單位合作。限于個人學識儲備和工作單位對關注問題角度的限制,在此提出一些個人淺見,拋磚引玉,希望廣大建筑同行能找到更切實可行的解決方法。(來源:《廣東建材》2020.08) |